亲水性有机硅杂化防雾涂料的制备及性能.doc

具有亲水性的有机硅杂化防雾涂料的制备及性能 (湘潭大学高分子材料与工程二班，杨朝敏，2008600818) 摘要：采用Sol-Gel技术制备丁二乙醇胺／有机硅杂化涂料，并用FTIR、UV、ViS、AFM、TGA及接触角等测试技术对涂料及其涂层进行了分析表征。结果表明，该杂化涂料具有良好的成膜性。由于膜层中存在大量的亲水性羟基基团，使膜层具有良好的亲水性能和防雾效果。固化后的聚合物膜层中无机相形成了三维交联网络，赋予了膜层优异的耐磨性和热稳定性。 关键词：亲水性、防雾涂料、杂化材料 通常所说的有机硅一般是指具有—Si—O—Si—主链与有机基侧链的聚硅氧烷。聚硅氧烷因主链为Si—O结构具有无机物二氧化硅的安全可靠、无毒、无污染、无腐蚀、耐老化及使用寿命长等性能又因侧链中含有机基团而具有高分子材料的柔韧性及易加工的特点。两者结合使其兼具有机和无机材料的双重优点,如优异的防潮、憎水、电气绝缘、耐高低温、化学稳定、消泡、脱模及生理惰性等性能,有的品种还具有耐辐射、耐油和耐溶剂等特性。有机硅树脂是摩尔质量为700～5000g/mol具有分支结构和多羟基的聚硅氧烷可进一步固化成网状结构是涂料中的重要成膜物质。 在人们日常生活中，玻璃和透明塑料是必不可少的材料，但在其使用过程中常常会产生结雾凝霜的现象，从而也就使得透明材料防雾技术的研究具有很重要的现实意义。通常我们所采用的防雾方法是在透明材料表面直接涂抹含有亲水基团的聚合物涂层或者通过TiO2光催化技术形成防护膜，从而赋予材料抗雾性能[1、2]。但由于这种聚合物涂层与基材的结合较弱，容易脱落，同时这种聚合物涂层硬度较低，所获得的涂层耐磨性也较差，限制了其应用领域。虽然TiO2膜层在这几方面表现优异，但由于TiO2膜层的制作成本高、制作工艺复杂和使用环境要求较为苛刻(如：黑暗中其亲水性能会逐渐降低)等不足。因此开发出适合应用于玻璃和树脂类等基材的低成本、长寿命并且还具有较好的耐磨性能的防雾涂层已成为人们关注的对象。有机硅涂层具有耐磨、透明性好和硬度高等特点，并且有机硅在固化过程中可以和玻璃表面发生化学作用形成稳定的界面，其自身形成了体形两络结构而增加了体系的使用稳定性。因此，采用溶胶凝胶技术合成SiO2／有机分子杂化材料，通过有机分子的均匀分布或修饰于无机网络而赋予无机材料功能性，也成为近年来研究的热点[7、8]。 基于有机硅杂化的功能材料的研究主要集中在提高聚合物的机械性能和光学功能分子的分布均匀性方面。本文通过合成了含有活性环氧基团的有机硅前驱体，利用Sol-Gel法，制备了含有大量羟基基团的亲水性的二乙醇胺／有机硅防雾耐磨杂化涂层，并对其性能如防雾、耐磨和热稳定性以及其膜层的表面形态进行了较为详细的阐述。 第一部分 有机硅涂料的制备 1.1原料及测试仪器 γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS，工业纯)，正硅酸乙酯(TEOS，分析纯)，二乙醇胺(DEA，分析纯)和乙二醇乙醚等，其中γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷购自南京曙光化工厂，其余试剂均购自北京化工厂。实验用水为去离子水。红外光谱(VFIR)用Nicolet AVATAR-360型傅里叶红外光谱仪测定，固体样采用KBr压片法，液体样品在KBr片上涂膜测定；热失重测试采用TGA-7型热重分析仪，在氮气气氛下，于50-1000℃范围内以10℃／min的速度升温；原子力显微镜(AFM)采用DI公司的NanoScopeⅢ型原子力显微镜于室温测定，接触模式。 1.2制备流程 将2.08g(0.01moI)TEOS，0.72g(0.04mol)水和0.05g冰醋酸溶入30mL的乙二醇乙醚当中配成混合溶液，并在40℃下先预水解90min，之后将7.08g(0.03mol)的GPTMS滴加到该反应体系当中，升温，至60℃之后保持恒温反应6h，标记为GPTMS／TEOS；加入3.15g(0.03mol)DEA，继续反应6h之后，于室温陈化2-3天得到杂化的亲水有机硅涂料，标记为DEA-GPTMS／TEOS。 将制得的涂料先涂敷到玻璃或PC树脂等基材上，并在50℃下先预固化1h，然后在110℃固化3h即可得到防雾耐磨涂层。将涂有防雾涂料的玻璃片置于50℃水浴箱上方5cm处，在该玻璃片上开始凝雾，即可得到一种杂化有机硅涂层结构。 第二部分 性能简介 2.1杂化涂层的结构表征及其固化分析 通过对GPTMS、GPTMS／TEOS和杂化涂料DEA-GPTMS／TEOS的红外光谱的分析。可以看出，当加入TEOS水解后，3400cm-1处的吸收会明显的增强，这就说明了GPTMS和TEOS的烷氧基基团发生了很明显的水解作用，形成了一种叫Si-OH的基团。而790cm-1处所出现的增强峰则表征了Si-O-Si的对称伸缩振动，说明在杂化体系中出现了部分的Si-